Экономические основы производства портландцемента мокрым способом

     Порционное корректирование состава шлама - довольно длительная и трудоемкая технологическая операция. К тому же этот процесс периодический. Более перспективен поточный способ приготовления сырьевого шлама.

Химический состав шлама постоянно проверяется автоматически работающими пробоотборниками и рентгеновским квантометром. Шламы из двух бассейнов смешиваются и попадают в третий - расходный, пройдя предварительно экспресс-анализ с помощью сложных электронных устройств.

     Обжиг Обжигают сырьевую смесь (шлам) во вращающихся печах различной длины и диаметра. Топливо в виде газа или каменноугольной пыли вдувается в печь с нижнего конца. Дымовые газы с температурой 150-200 °С удаляются со стороны верхнего конца.

     По характеру процессов температурные зоны в печи называют: 1-до 200о- испарения(сушка шлама); 2- 200-800о- подогрева; 3- 800-1000о- декарбонации; 4- 1000-1300о- экзотермической реакции; 5- 1300-1450-1300о- спекания; 6- 1300-1000о- охлаждения.

     В зоне 3 происходит процесс разложения CaCO3 по схеме

CaCO3-->CaO + CO2

CaO в свою очередь вступает  в соединения с элементами  глинистого компонента CaO*Fe2O3; Cao*SiO2; CaO*Al2O3.

     В зоне 4 происходит насыщение этих соединений до соответствующих клинкерных материалов. В зоне 5 образуется основная часть портландцементного клинкера - кальцевый силикат 3CaCO*SiO2

     Для утилизации теплоты отходящих газов и повышения степени теплообмена между материалом и горячими газами используют различного вида теплообменные устройства. Так, в печах длиной 185 м, работающих по мокрому способу, применяют фильтры-подогреватели, цепные завесы и металлические теплообменники.

     Фильтры-подогреватели устанавливают в холодной части печи на расстоянии 3-5 м. Фильтры подогреватели снижают запыленность отходящих газов до 2-3% и уменьшают расход теплоты на 210 кДж/кг. Повышение температуры газов и их запыленности приводит к загустеванию шлама. Влажность шлама, выходящего из фильтра-подогревателя, не должна быть ниже 33-35%, а температура газов в этой зоне - не более 200 оС.

     На расстоянии 1 м от фильтра-подогревателя устанавливает цепные завесы. Длина цепной зоны 40-50 м, масса цепей 170-225 т, поверхность цепей 3500-4500 м2 . Цепи обычно навешиваются двумя способами: свободно свисабщими концами или гирляндами. Причем последний метод крепления эффективнее. Цепи аккумулируют теплоту газов и передают ее шламу, ускоряя тем самым процесс сушки. Из цепной зоны шлам выходит в виде гранул.

В зоне подогрева печи устанавливают металлические теплообменники.           Применение. Применение таких теплообменных устройств увеличивает интенсивность подогрева материала, который разделяется на несколько мелких потоков. Открытая поверхность материала и скорость прогрева увеличивается, а температура газов снижается, что предохраняет цепи от преждевременного выгорания. Однако на этом участке печи резко возрастает пыление материала. Для снижения пылевыделения рекомендуется следить за влажностью материала, которая не должна превышать 2-3%.

     При использовании коротких печей целесообразнее применять запечные теплообменники: концентраторы шлама и распылительные сушилки. Концентраторы шлама увеличивают производительность печи до 25%, а расход теплоты снижают на 15-20%. Однако применение их сдерживается значительным пылевыделением, т. к. значительная часть шлама пересушивается и потоком горячего газа, что требует установки дополнительных фильтров. Распределительные сушилки из-за сложности работы форсунок, низкого коэффициента паронапряжения, громоздкости конструкции и сложности в эксплуатации не находят широкого распространения.

     Клинкер, полученный на выходе из печи подлежит помолу в трубных мельницах открытого или замкнутого цикла. Тонкость помола характеризуется остатком на сите и составляет 8-12% для большинства цементов.

Хранят готовый цемент в цементных силосах - железобетонных ёмкостях диаметром 10-12 метров и высотой 20-25м., вмещающие 2500-4000т. цемента.

Основной качественной характеристикой цемента является его прочность(марка). Марка цемента соответствует пределу прочности образцов 4*4*16см. на сжатие, изготовленных из раствора1:3 по массе с песком, твердевших 28 суток в воде прт температуре 20-+2 град. Прочность колеблется от 300 до 600 кгс/см2. Промышленность выпускает цементы марок 400-550, а по особым заказам - М600.

Особенности производства

     Производство быстротвердеющего портландцемента (БТЦ), особобыстротвердеющего портландцемента (ОБТЦ), сульфатостойкого портландцемента, пуццоланового портландцемента и других цементов отличается рядом особенностей. БТЦ и ОБТЦ отличаются от обычного портландцемента интенсивным набором прочности в первый период твердения. БТЦ марки 400 через 3 суток обеспечивает прочность при сжатии 25 МПа, а в возрасте 28 суток 40 МПа, БТЦ марки 500 соответственно 28 и 50 МПа.

      Получают БТЦ совместным измельчением до удельной поверхности 3500-4000 см2/г портландцементного клинкера с содержанием СзS и СзА около 60-65 % и гипса, содержание которого в пересчете на S0з не должно превышать 3,5 %. Быстротвердеющий портландцемент получают из однородной по составу сырьевой смеси с пониженным содержанием вредных примесей. Использование БТЦ и ОБТЦ в производстве бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях позволяет сократить время твердения бетона.

      Сульфатостойкие цементы, образующие цементный камень, устойчивый к агрессивному действию вод, содержащих сульфатные анионы SО2-4..К этой группе цементов относят сульфатостойкий портландцемент (без добавок и с минеральными добавками), сульфатостойкий шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент. Получают сульфатостойкие цементы измельчением клинкера с содержанием СзА не более 5 %, Сз5 - 50 %, СзА+С4АР-22 % с добавками и без добавок. По ГОСТ 22266-76 (сизм.) сульфатостойкие цементы имеют марки 300, 400 и 500.

      При изготовлении шлакопортландцемента в качестве активной минеральной добавки применяют гранулированный доменный шлак. Шлак можно вводить не только на стадии помола, но и при получении клинкера, заменяя часть глинистого компонента. Это снижает расход топлива, так как не требуются затраты теплоты на разложение глины.

     Сырьевую смесь с использованием шлака можно получать как сухим, так и мокрым способом. Более распространен сухой способ, так как при мокром способе шлак быстро расслаивается вследствие выпадания в осадок частичек шлама. Смесь готовят путем совместного помола известняка и шлака в мельницах по замкнутому циклу, причем помол совмещают с сушкой. Если шлак имеет влажность более 10 %, то его предварительно сушат в сушильных барабанах при температуре не выше 600-700 °С. Повышение температуры приводит к расстекловыванию шлака и снижению его активности. Получают шлакопортландцемент помолом в многокамерных мельницах клинкера, высушенного шлака и гипса. Количество кислых шлаков в шлакопортландцементе 30-40 %, основных - 50-60 %.

     Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовляют более тонким измельчением обычной сырьевой смеси (до 4000-5000 см2/ г), используя для этого двустадийный помол: вначале измельчают клинкер, а затем клинкерный порошок, шлак и гипс.

     Пуццолановый цемент получают совместным помолом клинкера, гипса и активной минеральной добавки (20-40 %). Добавки перед помолом дробят и сушат до влажности 1-2 %. Совместный помол производят в многокамерных трубных мельницах по открытому циклу так как большинство активных минеральных добавок менее прочны, чем клинкер. В случае использования плотной, твердой добавки помол ведут по замкнутому

циклу.

2.3 Технологическая схема производства портландцемента мокрым способом

 При мокром способе  производства сырьевые материалы измельчают и сырьевую смесь смешивают с водой. Получаемая сметанообразная масса — сырьевой шлам — содержит 32—45% воды.

В зависимости от физических свойств исходных сырьевых материалов и других факторов при получении портландцемента по мокрому способу применяют разные схемы производства (Рис. 11) отличающиеся одна от другой способом приготовления сырьевой смеси. 

Рис. 11. Технологическая схема производства цемента по мокрому способу:

1-экскаватор,  2 - автосамосвал, 3 - приемная воронка, 4 -пластинчатый питатель, 5- щековая дробилка, 6- молотковая дробилка, 7 - ленточный конвейер, 8-ленточный магистральный конвейер, 9- роторный экскаватор, 10 - мельница 11- шламотный насос, 12- вертикальный шламбассейн,  13 - магистральный шламопровод, 14 -бункер, 15 - весовой дозатор,16-стержневая мельница 17-шаровая мельница 18 - горизонталыше шламбассейнм, 19— компрессорная, 21 — вращающаяся печь, 22-колосниковый холодилбник 23 вентилятор острого дутья, 24-вентилтор общего дутья, 25 – скруббер, 26– электрофильтр,  27-дымосос,  28-труба для выброса газов,  29-винтовой конвейер для транспортирования пыли,  30-пнеамовинтовой насос. 31-ковшовый конвее,  32- бункерное приемное устройство для разгрузки добавок, 33 -дробилка, 34-сушилка кипящего слоя. 35 - топка, 36 - циклон, 37 –силосы 38- ленточный конвейер, 39- трубная мельница,  40- элеватор, 41- сепаратор с выносными циклонами, 42- рукавный фильтр, 43- вентилятор,  44- пневмокамерный насос, 45-  силос для цемента, 46 — вагонцементовоз,  47- автоцемемтовоз.

     На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера часто используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента, в которой приведены основные технологические переделы без указания дозировочных и транспортных устройств и другого вспомогательного оборудования, выглядит следующим образом (Приложение 1).

     Начальная технологическая операция получения клинкера — измельчение сырьевых материалов. При использовании в качестве известкового компонента мела его измельчают в болтушках или в мельнице самоизмельчения. Если применяют твердый известняк, то его дробят в одну-две стадии в щековых дробилках. Глиняный шлам, полученный в болтушках или других агрегатах, направляют в сырьевую мельницу, куда подается для измельчения и известняк. В мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Чтобы получить сырьевой шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах или в потоке.

     Выходящий из мельниц сырьевой шлам в виде сметанообразной массы насосами подают в расходный бачок в печной цех на обжиг. Из бачка шлам равномерно сливается во вращающуюся печь. При мокром способе производства для обжига клинкера используют длинные вращающиеся печи со встроенными теплообменными устройствами.

     Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер из холодильников направляют непосредственно на помол в цементные мельницы. Перед помолом клинкер дробят. Дробление клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками.

     Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа (цементные силосы). Отгружают цемент потребителю либо в таре (бумажных мешках по 50 кг), либо навалом в автоцементовозах или в специальных железнодорожных вагонах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВИДЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА И ОБЛАСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

 3.1 Назначение и области применения готовой продукции

Для более полного удовлетворения специфических требований отдельных видов строительства промышленность выпускает особые виды портландцемента.

При получении портландцементов с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: 1) регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающих решающее влияние на строительно-технические свойства цемента; 2) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, прочность, тепловыделение и другие важнейшие свойства вяжущего; 3) изменение вещественного состава портландцемента введением в него активных минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер и расход цемента в бетоне.

Цемент М500 Д0      Цемент марки ПЦ 500-Д0 применяется при производстве ответственных бетонных и железобетонных конструкций в промышленном строительстве, где предъявляются высокие требования к водостойкости, морозостойкости, долговечности. Цемент этой марки эффективен при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона.  Цемент М500 Д20      Цемент марки ПЦ 500-Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий и др., а так же успешно используется для изготовления бетонных и строительных растворов, штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ. Цемент этой марки обладает водостойкостью, морозостойкостью, пониженной сопротивляемостью коррозионным воздействиям по сравнению с обычным портландцементом.  Цемент М400 Д0      Цемент марки ПЦ 400-Д0 используется для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций с применением термовлажностной обработки, а также для бетонных, железобетонных подземных, надземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализированных вод. Цемент этой марки успешно зарекомендовал себя для изготовления бетонных и строительных растворов. Цемент М400 Д20        Цемент марки ПЦ 400-Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий, стеновых панелей и др. Цемент этой марки обладает хорошей водостойкостью и морозостойкостью.  Быстротвердеющий цемент      Быстротвердеющий цемент - это цемент, характеризующийся интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Применяется в основном для изготовления сборных железобетонных конструкций и изделий. Повышенная механическая прочность быстротвердеющего цемента в раннем возрасте твердения обусловливается соответственным минералогическим составом и микроструктурой клинкера, дозировкой добавок и тонкостью помола цемента. Сульфатостойкий цемент      Сульфатостойкий цемент, сульфатостойкий портландцемент, разновидность портландцемента. По сравнению с обычным портландцементом сульфатостойкий цемент обладает повышенной стойкостью к действию минерализованных вод, содержащих сульфаты, меньшим тепловыделением, замедленной интенсивностью твердения и высокой морозостойкостью. Сульфатостойкий цемент получают тонким измельчением клинкера нормированного минералогического состава. Предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических и др. сооружений, испытывающих воздействие агрессивной сульфатной среды (например, морской воды), особенно в условиях переменного увлажнения, чередующихся замерзания и оттаивания. Цемент, полученный на основе клинкера нормированного состава Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор высоковольтных линий электропередач, контактной сети железнодорожного транспорта и освещения следует поставлять цемент, изготовляемый на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината (С3А) в количестве не более 8% по массе.      Для этих  изделий по согласованию с  потребителем необходимо поставлять  один из следующих типов цемента: - ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н для  всех изделий; - ПЦ 500-Д5-Н для труб, шпал, опор, мостовых конструкций независимо от вида добавки. Для напорных труб необходимо поставлять цемент I или II группы по эффективности пропаривания согласно приложению А ГОСТ 10178-85;  - ПЦ 400-Д20-Н, ПЦ 500-Д20-Н для бетона дорожных и аэродромных покрытий при применении в качестве добавки гранулированного шлака не более 15 %.   Начало схватывания портландцемента для бетона дорожных и аэродромных покрытий должно наступать не ранее 2 ч, портландцемента для труб - не ранее 2 ч 15 мин от начала затворения цемента. По согласованию изготовителя с потребителем допускаются иные сроки схватывания. 3.2 Основные технико-экономические показатели изготовляемой продукции       Золы и  топливные шлаки применяются  в качестве сырьевых компонентов  портландцементного клинкера и  активных минеральных добавок  при производстве портландцемента, а также композиционных зольных и шлаковых цементов. В составе сырьевой смеси при производстве клинкера золой и шлаками заменяют глинистый и частично известняковый компоненты, в некоторых случаях эта замена улучшает химико-минералогический состав клинкера и условия его обжига.      Более высокие  технико-экономические показатели  производства клинкера достигаются  при использовании сухих зол  пневмоудаления. Ценным для цементной  промышленности является присутствие  в составе зол остатков несгоревшего топлива, содержание которого в среднем составляет около 10%. Это значит, что при использовании 1 млн т золы в качестве сырьевого компонента цементная промышленность получит дополнительно 100 тыс. т топлива. Так как зола имеет меньшую водопотребность, чем глины, применение ее в составе сырьевой смеси позволяет снизить влажность шлама до 33—34%, уменьшить расход топлива на 7—10% и повысить производительность вращающихся печей.      Золы и топливные  шлаки в качестве компонентов  сырьевой смеси портландцементного клинкера применяют как при мокром, так и сухом способе производства. Сырьевая смесь хорошо гранулируется, и гранулы имеют повышенную прочность. Некоторые виды зол и шлаков можно использовать для повышения глиноземного и понижения силикатного модуля сырьевой смеси. Большая реакционная способность золы и шлака дает возможность раннего образования жидкой фазы при обжиге клинкера и несколько снизить температуру клинкерообразования. Однако применение зол и шлаков как сырьевых компонентов клинкера ограничено из-за их нестабильного состава и значительного содержания сульфидов и щелочей. Золошлаковые компоненты, содержащие значительные количества свободного оксида кальция, могут вызывать загустевание и схватывание сырьевого шлама, поэтому их применяют только при сухом способе производства.В производстве цемента основная часть топливных зол используется в качестве активных минеральных добавок. При этом они должны содержать не более: Si02 — 40%, S03 — 3, потери при прокаливании — 10%. Золу-унос вводят, как и другие гидравлические минеральные добавки, в количестве не более: в портландцемент — 20%, в пуццолановый — 55%.